JP6689247B2 - サーモアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、感温部を強制的に加熱することができるサーモアクチュエータに関する。

サーモアクチュエータは、周囲温度が所定の温度を超えた場合に、ロッドが進出する部品であって、例えば、エンジンの排気ガスの熱を回収する排熱回収装置に搭載される。このようなサーモアクチュエータのなかには、周囲温度が低い場合であっても、加熱により強制的にロッドを進出可能なものがある（例えば、特許文献１、図３参照）。

図８は、特許文献１の図３を反転させ、再掲して符号を振り直したものである。サーモアクチュエータ１００は、筒状の第１のケース半体１０１と、第１のケース半体１０１に対して支持体１０２と共に収納された感温部１０３と、感温部１０３の側面に配置されたヒータ１０４（加熱部１０４）と、ヒータ１０４から第１のケース半体１０１の端部１０１ａを通り外部へ延びた２本の電気コード１０５、１０５と、電気コード１０５、１０５を保持すると共に端部１０１ａを塞いでいる閉塞部材１０６と、感温部１０３に一部が収納されたピストン１０３ａと、ピストン１０３ａの先端に接しているロッド１０７と、ロッド１０７を後退位置に保持するコイルばね１０８と、ロッド１０７及びコイルばね１０８が収納され第１のケース半体１０１に溶接された筒状の第２のケース半体１０９と、有する。

第１のケース半体１０１の一部には、筒状のジャケット２０１が設けられ、このジャケット２０１には、第１の配管２０２と、第２の配管２０３が接続されている。

排気ガスの熱により温められた冷却水は、第１の配管２０２からジャケット２０１の内部に導入され、ジャケット２０１と第１のケース半体１０１に囲まれた領域を通過し、第２の配管２０３から排出される。ジャケット２０１内の冷却水が、所定の温度を超えたことが感知されると、感温部１０３はピストン１０３ａを進出させる。進出したピストン１０３ａはロッド１０７を押し、ロッド１０７は第２のケース半体１０９から進出する。冷却水の温度が所定の温度よりも下がると、コイルばね１０８の付勢力によりロッド１０７と共にピストン１０３ａは後退する。

冷却水の温度が所定の温度よりも低い場合であっても、ヒータ１０４が感温部１０３を加熱することにより、ロッド１０７を進出させることもできる。

特開２０１６−２０５５７４号公報

第１のケース半体１０１の端部１０１ａを塞ぐ閉鎖部材１０６は、弾性を有しており、端部１０１ａの開口の径よりも縮径された状態で、端部１０１ａに嵌め込まれている。これにより、閉鎖部材１０６には径方向に広がろうとする自己の復元力が生じる。閉鎖部材１０６は、端部１０１ａの開口の内周面に密着する。

閉鎖部材１０６が端部１０１ａに嵌め込まれた構成にするために、例えば、閉鎖部材１０６を圧縮しながら端部１０１ａの開口に押し込む作業が必要となる。この端部１０１ａの開口をより容易に閉塞することが望ましい。

本発明は、ケースの中の感温部に接続された電気コードが通過する開口を、容易に閉塞できるサーモアクチュエータの提供を課題とする。

請求項１による発明によれば、筒状のケースと、このケースに収納されたピストンと、周囲温度に応じて前記ピストンを駆動可能に前記ケースに収納された感温部と、この感温部を強制的に加熱可能に前記ケースに収納された加熱部と、この加熱部から前記ケースの一端を通り外部へ延びた電気コードと、この電気コードが通ると共に前記ケースの一端を塞いだ弾性を有する閉鎖部材と、を含むサーモアクチュエータにおいて、
前記ケースの一端は、前記電気コードが通ることが可能な開口を有した、底板を有し、
この底板のなかの、前記ケースの内部を向いている底面は、平坦面であり、
前記閉鎖部材は、前記ケースに縮径されることなく、自己の弾性により、前記底板の底面に対して密着している、ことを特徴とするサーモアクチュエータが提供される。

請求項２に記載のごとく、好ましくは、前記ケースは、前記底板を有している有底筒状の第１のケース半体と、この第１のケース半体の開放端に一端が組み付けられた筒状の第２のケース半体と、からなり、
前記閉鎖部材と前記加熱部と前記感温部とは、前記第１のケース半体に対し前記底板側から前記開放端へ向かって、この順に位置しており、
前記第１のケース半体、又は、第２のケース半体は、前記感温部を支持し、
前記感温部は、前記加熱部を介して前記閉鎖部材を、前記底板の前記底面に対し密着させる方向へ押し付けてなる。

請求項３に記載のごとく、好ましくは、前記第１のケース半体と前記第２のケース半体の組付け構造は、第１のケース半体に対して第２のケース半体を取り外し可能な締結構造である。

請求項４に記載のごとく、好ましくは、前記ケースに収納された有底筒状の収納体を、更に含み、この収納体は、前記ケースの長手方向に延び一端を開放した筒部と、この筒部の他端を閉鎖した平板状の底部と、からなり、
この底部は、前記ケースの前記底板の底面に対して反対側に位置するとともに、前記感温部に接しており、
前記筒部の開放された一端は、前記ケースの前記底板の底面を向いており、
前記閉鎖部材は、前記収納体の前記筒部の前記一端側に位置し、
前記加熱部は、前記収納体の前記底部側に位置し、
前記収納体と、この収納体の内部にそれぞれ組み込まれた構成の前記加熱部と前記閉鎖部材との、集合体は副組立部品をなしている。

請求項５に記載のごとく、好ましくは、前記収納体の前記底部と前記加熱部の前記加熱面との間に介在した伝熱体を、更に含み、
この伝熱体は、弾性と熱伝導性とを有している。

請求項１に係る発明では、ケースの一端は、電気コードが通ることが可能な開口を有した底板を有する。底板のなかの、ケースの内部を向いている底面は、平坦面である。閉鎖部材は、ケースに縮径されることなく、自己の弾性により、底板の底面に対して密着している。即ち、閉鎖部材は、底板の底面の鉛直方向に圧縮され、底面に対して密着している。閉鎖部材を縮径する必要はないため、容易に開口を閉塞できる。

請求項２に係る発明では、ケースは、第１のケース半体と、第２のケース半体とからなる。第１のケース半体、又は、第２のケース半体は、感温部を支持している。感温部は、加熱部を介して閉鎖部材を、底板の底面に対し密着させる方向へ押し付けている。即ち、第１のケース半体に第２のケース半体が組み付けられた状態において、加熱部は、閉鎖部材により、感温部に向けて押し付けられている。そのため、加熱部が発した熱を、感温部へ効率よく伝えることができる。

加えて、上記の通り、閉鎖部材は、底板の開口を閉鎖している。即ち、閉鎖部材は、開口を閉鎖するのみならず、加熱部を押しつけている。加熱部を押し付けるばね等の別個の弾性部材を用いる必要がないため、部品点数を増やすことなく、加熱部の感温部に向けての押しつけを可能としている。

請求項３に係る発明では、第１のケース半体と第２のケース半体は、取外し可能な締結構造である。閉鎖部材は、底板の底面に密着しているのみであり、底板の開口の内周面には、密着していない。そのため、第１のケース半体と、第２のケース半体の締結を解除すると、第１のケース半体の底面と、閉鎖部材の密着も解除される。第１のケース半体から、閉鎖部材を容易に分離できるため、サーモアクチュエータのメンテナンス性が高くなる。

請求項４に係る発明では、加熱部と閉鎖部材と、収納とは、一体的に組み付けられたサブアセンブリ（部分組立品）となる。加熱部と閉鎖部材を個別にケースに収納する場合とを比較すると、ケースに対する加熱部と閉鎖部材の収納が容易である。

請求項５に係る発明では、加熱部の加熱面と、感温部に接している底板との間は、弾性を有している伝熱体が介在している。そのため、加熱面や感温部にうねりがあっても、加熱面と感温部との間に空気が侵入することが抑制される。結果、加熱部が発した熱を、感温部へ効率よく伝えることができる。

本発明の実施例１によるサーモアクチュエータを搭載した排熱回収装置の斜視図である。 図１に示されたサーモアクチュエータの分解斜視図である。 図１に示されたサーモアクチュエータの断面図である。 図２に示されたサブアセンブリの分解斜視図である。 図２の５−５線断面図である 本発明の実施例２によるサーモアクチュエータを説明する図である。 本発明の実施例３によるサーモアクチュエータを説明する図である。 従来技術によるサーモアクチュエータの断面図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図中Ｆｒは前、Ｒｒは後、Ｌは左、Ｒは右、Ｕｐは上、Ｄｎは下を示している。

＜実施例１＞
図１には、本発明の実施例によるサーモアクチュエータ１０が搭載された排熱回収装置１１が示されている。

この排熱回収装置１１は、エンジンから排出された排気ガスが導入される導入部１２と、この導入部１２から導入された排気ガス及び冷却水の熱交換を行う熱交換器１３と、この熱交換器１３に接続された接続管１４と、熱交換器１３に冷却水を導入する導入管２１と、熱交換器１３から冷却水を排出する第１の配管２２と、この第１の配管２２に接続されたサーモアクチュエータ１０と、サーモアクチュエータ１０の内部を通過した冷却水を排出する第２の配管２３と、導入部１２に接続され熱交換器１３を迂回して排気ガスを流すことのできるバイパス管１５と、バイパス管１５及び接続管１４が接続するバルブ室１６と、このバルブ室１６に接続され、バイパス管１５又は熱交換器１３を通過した排気ガスが排出される排出部１７と、からなる。

サーモアクチュエータ１０は、熱交換器１３を通過した冷却水の温度に応じて作動する。バルブ室１６内には、バイパス路１５の末端を開閉するバルブ（図示せず）が設けられている。バルブが閉じられた状態で、排気ガスは、熱交換器１３の内部を通過し、排気ガスと冷却水との熱交換が行われる。

このサーモアクチュエータ１０は、冷却水の温度に応じて作動するが、後述するヒータユニット３０により強制的に加熱されて作動可能である。

図２を参照する。サーモアクチュエータ１０は、感温部４０と、感温部４０により駆動されるロッド５１と、感温部４０を加熱可能なヒータユニット３０と、これらの部品が収納されるケース６０と、からなる。

ケース６０は、有底筒状の第１のケース半体６１と、この第１のケース半体６１の開放端に一端が組み付けられた筒状の第２のケース半体６２と、からなる。

第１のケース半体６１と第２のケース半体６２の組付け構造は、第１のケース半体６１に対して第２のケース半体６２を取り外し可能な締結構造である。

第１のケース半体６１の開放端側には、第１のフランジ６３が設けられている。第１のフランジ６３には、２つの第１のボルト穴６４、６４が開けられている。同様に、第２のケース半体６２の開放端側には、第２のフランジ６５が設けられている。第２のフランジ６５には、２つの第２のボルト穴６６、６６が開けられている。第１のケース半体６１と、第２のケース半体６２とは、２組のボルト６７及びナット６８で締結される。

なお、第１のケース半体６１と第２のケース半体６２との締結には、溶接やかしめ等の任意の方法を採用してもよい。

第１のケース半体６１の閉鎖端側には、底板７１が設けられており、底板７１は、ヒータユニット３０の電気コード３１、３１が通ることが可能な開口７２を有している。

第１のケース半体６１には、筒状の接続部２４が設けられている。接続部２４には、第１の配管２２と、第２の配管２３とが接続している。

図３を参照する。感温部４０は、内部に封入されたワックスの体積変化に応じて形状変化するスリーブ４１と、一部がスリーブ４１に埋もれロッド５１に接続しているピストン４２と、ピストン４２が通過可能な穴が開けられ感温部４０を塞ぐ蓋部４３と、からなる。

感温部４０は、感温部４０の径よりも大きい径を有する拡径部８１と、この拡径部８１の径よりも大きい径を有するフランジ部８２と、を備える。

第１のフランジ６３の内周面と、拡径部８１の外周面との間は、シール部材８３によって、シールされている。フランジ部８２は、第１のフランジ６３と、第２のフランジ６５によって挟まれている。これにより、感温部４０は、ケース６０に支持され、ケース６０内での位置が定まる。

なお、感温部４０は、第１のケース半体６１、又は、第２のケース半体６２のいずれか一方に支持される構成でもよい。

感温部４０は、第１のケース半体６１の閉鎖端側（開放端側の反対側）の端部において、ヒータユニット３０が差し込まれる有底筒状の差込部８４を有する。

底板７１の開口７２は、閉鎖部材３２により塞がれている。この閉鎖部材３２は、ヒータユニット３０の一部を構成する。ヒータユニット３０については、後述する。

第２のケース半体６２には、ロッド５１と、ロッド５１を支持する軸受部５２と、ロッド５１を後退位置に保持するコイルばね５３とが、収納されている。

ロッド５１の先端には、フック部材５４が設けられている。ロッド５１の末端には、コイルばね５３の一端を支持する鍔部５５が設けられている。

軸受部５２は、ブッシュ５６と、このブッシュ５６を第２のケース半体６２に固定する固定部５７と、からなる。固定部５７は、コイルばね５３の内径受けの役割、及び、ロッド段差部が当接してロッド５１の進出限を規定する役割を有する。

第２のケース半体６２には、ロッド５１のうち第２のケース半体６２から露出した部位を覆い可撓性を有するブーツ５８が取付けられている。

図４及び図５を参照する。ヒータユニット３０は、円板状のヒータ３３と、このヒータ３３の一面に接続されている２本の電気コード３１、３１と、２本の電気コード３１、３１を保持する保持穴３２ａ、３２ａが開けられている円柱状の閉鎖部材３２と、閉鎖部材３２とヒータ３３との間に介在する樹脂製のカラー３５と、ヒータ３３の他面３３ａ（加熱面３３ａ）に接してヒータ３３の熱を伝える伝熱体３６と、これらの部品が収納される有底筒状の収納体９０と、からなる。

即ち、収納体９０と、この収納体９０の内部にそれぞれ組み込まれた部品の集合体は、サブアセンブリをなす。このサブアセンブリによって、ヒータユニット３０が構成されている。

収納体９０は、一端を開放した筒部９１と、筒部９１の他端を閉鎖した平板状の底部９２と、からなる。

伝熱体３６は、収納体９０の底部９２とヒータ３３の加熱面との間に介在している。この伝熱体３６は、弾性と熱伝導性とを有している。

図５を参照する。底部９２は、第１のケース半体６１の底板７１の底面７３に対して反対側に位置すると共に、感温部４０に接している。筒部９１の開放された一端は、底板７１の底面７３を向いている。閉鎖部材３２は、収納体９０の筒部９１の一端側に位置し、ヒータ３３は、収納体９０の底部９２側に位置している。

即ち、閉鎖部材３２とヒータ３３と感温部４０とは、第１のケース半体６１に対し、底板７１側から第１のケース半体６１の開放端へ向かって、この順に位置している。

筒部９１は、第１のケース半体６１の長手方向に長い。筒部９１には、開放端側において、筒部９１の中心に向かって突出したかしめ部９３が形成されている。
かしめ部９３は、閉鎖部材３２が収納体９０から抜けることを防止する。かしめ部９３は、連続的に形成されているが、断続的に形成されてもよい。

底板７１のなかの、第１のケース半体６１の内部を向いている底面７３は、平坦面である。感温部４０は、ヒータ３３を介して閉鎖部材３２を、底板７１の底面７３に対し密着させる方向へ押し付けている。そのため、閉鎖部材３２は、第１のケース半体６１の開口７２に縮径されることなく、自己の弾性により、底板７１の底面７３に対して密着している。

次に、本発明の効果について説明する。

図５を参照する。第１のケース半体６１は、電気コード３１、３１が通ることが可能な開口７２を有した底板７１を有する。底板７１のなかの、第１のケース半体６１の内部を向いている底面７３は、平坦面である。閉鎖部材３２は、第１のケースの開口７２に縮径されることなく、自己の弾性により、底板７１の底面７３に対して密着している。即ち、閉鎖部材３２は、底板７１の底面７３の鉛直方向に圧縮され、底面７３に対して密着している。閉鎖部材３２を縮径する必要はないため、容易に開口７２を閉塞できる。

図３を参照する。感温部４０は、第１のケース半体６１と、第２のケース半体６２とに挟まれて支持されている。感温部４０は、ヒータ３３を介して閉鎖部材３２を、底板７１の底面７３に対し密着させる方向へ押し付けている。即ち、第１のケース半体６１に第２のケース半体６２が組み付けられた状態において、ヒータ３３は、閉鎖部材３２により、感温部４０に向けて押し付けられている。そのため、ヒータ３３が発した熱を、感温部４０へ効率よく伝えることができる。

上記の通り、閉鎖部材３２は、開口７２を閉鎖するのみならず、ヒータ３３を押しつけている。ヒータ３３を押し付けるばね等の別個の弾性部材は不要のため、部品点数を増やすことなく、ヒータ３３の感温部４０に向けて、押しつけを可能としている。

加えて、ヒータ３３の加熱面３３ａと、感温部４０に接している底部９２との間には、弾性を有している伝熱体３６が介在している。そのため、そのため、加熱面３３ａや底部９２にうねりがあっても、加熱面３３ａと底部９２との間に空気が侵入することが抑制される。結果、ヒータ３３が発した熱を、感温部４０へ効率よく伝えることができる。

図２及び図３を参照する。第１のケース半体６１と第２のケース半体６２は、取外し可能な締結構造である。閉鎖部材３２は、底板７１の底面７３に密着しているのみであり、底板７１の開口７２の内周面には、密着していない。そのため、第１のケース半体６１と、第２のケース半体６２の締結を解除すると、第１のケース半体６１の底面７３と閉鎖部材３２との密着も解除される。第１のケース半体６１から、閉鎖部材３２を容易に分離できるため、サーモアクチュエータ１０のメンテナンス性が高くなる。

図２及び図４を参照する。ヒータユニット３０は、一体的に組み付けられたサブアセンブリ（部分組立品）である。収納体９０を設けず、ヒータ３３と閉鎖部材３２を個別に第１のケース半体６１に収納する場合とを比較すると、第１のケース半体６１に対する、ヒータ３３及び閉鎖部材３２の収納が容易である。

次に、本発明の実施例２、実施例３について説明する。

＜実施例２＞
図６（ａ）、図６（ｂ）を参照する。実施例２では、ヒータユニット３０Ａと感温部４０Ａとが実施例１と異なる。その他の構成については、実施例１のサーモアクチュエータ１０と同様であり、符号を流用すると共に説明を省略する。
図６（ａ）には、感温部４０Ａに接しているヒータユニット３０Ａが示されている。図６（ｂ）には、ヒータユニット３０Ａを含む断面が示されている。

ヒータユニット３０Ａの閉鎖部材３２Ａは、円柱状の本体部３７と、この本体部３７の一端に設けられた円柱状の突出部３８と、からなる。

突出部３８の径は、本体部３７の径よりも小さく、突出部３８の側面部は、開口７２の内周面に、接触していない。突出部３８は、開口７２から突出している。

感温部４０Ａには、実施例１の差込部８４（図２参照）が設けられていない。感温部４０Ａの先端面８５に対して、ヒータユニット３０Ａの底部９２が接している。収納体の筒部９１は、感温部４０Ａに接していない。

＜実施例３＞
図７（ａ）、図７（ｂ）を参照する。実施例３では、実施例１の収納体９０（図４参照）を廃し、収納体９０に収納されていた閉鎖部材３２等の部品は、感温部４０Ｂに収納されている。その他の構成については、実施例１のサーモアクチュエータ１０と同様であり、符号を流用すると共に説明を省略する。図７（ａ）には、閉鎖部材３２等の部品を収納した感温部４０Ｂが示されている。図７（ｂ）には、感温部４０Ｂを含む断面が示されている。

感温部４０Ｂは、筒状の収納部８６が設けられている。収納部８６に対して、伝熱体３６、ヒータ３３、カラー３５、閉鎖部材３２が収納されて構成される。収納部８６には、かしめ部８７が形成されている。

尚、本発明のサーモアクチュエータは、実施の形態では排熱回収装置に適用したが、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）クーラやコージェネレーションシステム、熱電発電装置への適用も可能である。さらに、これらのように、排気ガスの熱と媒体との間で熱交換を行うもの以外の物にも適用が可能である。

本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は、実施例に限定されるものではない。

本発明のサーモアクチュエータは、排熱回収装置に好適である。

１０…サーモアクチュエータ
１１…排熱回収装置
３０、３０Ａ…ヒータユニット
３１…電気コード
３２…閉鎖部材
３２ａ…保持穴
３３…ヒータ（加熱部）
３５…カラー
３６…伝熱体
３７…本体部
３８…突出部
４０、４０Ａ、４０Ｂ…感温部
４２…ピストン
６０…ケース
６１…第１のケース半体
６２…第２のケース半体
６３…第１のフランジ
６４…第１のボルト穴
６５…第２のフランジ
６６…第２のボルト穴
６７…ボルト
６８…ナット
７１…底板
７２…開口
７３…底面
８１…拡径部
８２…フランジ部
８３…シール部材
８４…差込部
８５…先端面
８６…収納部
８７…かしめ部
９０…収納体
９１…筒部
９２…底部
９３…かしめ部

Claims (5)

1. 筒状のケースと、このケースに収納されたピストンと、周囲温度に応じて前記ピストンを駆動可能に前記ケースに収納された感温部と、この感温部を強制的に加熱可能に前記ケースに収納された加熱部と、この加熱部から前記ケースの一端を通り外部へ延びた電気コードと、この電気コードが通ると共に前記ケースの一端を塞いだ弾性を有する閉鎖部材と、を含むサーモアクチュエータにおいて、
   前記ケースの一端は、前記電気コードが通ることが可能な開口を有した、底板を有し、
   この底板のなかの、前記ケースの内部を向いている底面は、平坦面であり、
   前記閉鎖部材は、前記ケースに縮径されることなく、自己の弾性により、前記底板の底面に対して密着している、ことを特徴とするサーモアクチュエータ。
2. 前記ケースは、前記底板を有している有底筒状の第１のケース半体と、この第１のケース半体の開放端に一端が組み付けられた筒状の第２のケース半体と、からなり、
   前記閉鎖部材と前記加熱部と前記感温部とは、前記第１のケース半体に対し前記底板側から前記開放端へ向かって、この順に位置しており、
   前記第１のケース半体、又は、前記第２のケース半体は、前記感温部を支持し、
   前記感温部は、前記加熱部を介して前記閉鎖部材を、前記底板の前記底面に対し密着させる方向へ押し付けてなる、ことを特徴とする請求項１記載のサーモアクチュエータ。
3. 前記第１のケース半体と前記第２のケース半体の組付け構造は、前記第１のケース半体に対して前記第２のケース半体を取り外し可能な締結構造である、ことを特徴とする請求項２記載のサーモアクチュエータ。
4. 前記ケースに収納された有底筒状の収納体を、更に含み、この収納体は、前記ケースの長手方向に延び一端を開放した筒部と、この筒部の他端を閉鎖した平板状の底部と、からなり、
   この底部は、前記ケースの前記底板の底面に対して反対側に位置するとともに、前記感温部に接しており、
   前記筒部の開放された一端は、前記ケースの前記底板の底面を向いており、
   前記閉鎖部材は、前記収納体の前記筒部の前記一端側に位置し、
   前記加熱部は、前記収納体の前記底部側に位置し、
   前記収納体と、この収納体の内部にそれぞれ組み込まれた構成の前記加熱部と前記閉鎖部材との、集合体は副組立部品をなしていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載のサーモアクチュエータ。
5. 前記収納体の前記底部と前記加熱部の前記加熱面との間に介在した伝熱体を、更に含み、
   この伝熱体は、弾性と熱伝導性とを有していることを特徴とする請求項４記載のサーモアクチュエータ。

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